【摘要】：水生植被作為一種既環(huán)保又有效的透水性障礙物,具有改善生態(tài)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)多樣性,防止水土流失,固岸固灘等作用。在河道中,植被的存在改變了水流結(jié)構(gòu)和泥沙濃度的分布,使河道水力學(xué)問題變得更為復(fù)雜。目前已有學(xué)者研究了植被對水流和泥沙的影響,但對淹沒植被作用下流速及含沙量垂向分布研究甚少,而此研究對于今后開展河道修復(fù)及環(huán)境保護(hù)工作有著重要意義。在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上,試驗分別選取了剛性和柔性材料模擬植被,兩種設(shè)定布置密度和15種淹沒度,采用只突出單一因素而隔離其他因素影響的方法,逐個分析淹沒度、植被密度、植被特性等要素的影響,并進(jìn)行對比分析,研究植被對水流結(jié)構(gòu)和含沙量垂線分布的影響。結(jié)果表明:(1)植被的存在明顯影響了水流流速及其紊動特性,植被對水流的阻滯作用大于底層切應(yīng)力,改變了流速垂向分布結(jié)構(gòu)。流速受剛性植被存在的影響,不再呈半對數(shù)分布,而是劃分為三個區(qū)域,分別是:植被層底部區(qū)域(h0.8h_v),植被層頂部區(qū)域(0.8h_vh1.5h_v)和植被層上部水流區(qū)域(h1.5h_v)。在h0.8h_v區(qū)域內(nèi)流速緩慢增大,至0.8h_vh1.5h_v區(qū)域流速呈線性增長,且增速較快,在h1.5h_v區(qū)域內(nèi)流速呈對數(shù)分布;淹沒柔性植被作用下流速也劃分為三個區(qū)域,不同的是:h0.6h_v為植被層底部區(qū)域,三個區(qū)域內(nèi)流速分布定性規(guī)律與剛性植被作用下一致;(2)對于同一種植被特性,布置密度不同時流速分區(qū)相同,但隨著植被密度的減小,h1.5h_v區(qū)域內(nèi)水流流速受植被的影響范圍越小;(3)相同淹沒度時,剛性植被不同布置形式的糙率不同,糙率值隨著植被密度的增大而增大;同等淹沒度增量時,糙率值的減小值隨淹沒度的增大而減小;相同布置形式,在淹沒度H/h_v3.0時,含剛性植被時的糙率比含柔性植被時大,當(dāng)淹沒度H/h_v≥3.0時,則相反;糙率值與淹沒度呈冪函數(shù)分布:n(28)C(7)H h_v(8)~m;(4)挾沙水流含細(xì)沙且含沙量小時,近水槽底部的含沙量稍大,淹沒度H/h_v3.0,植被作用下垂線含沙量隨距水槽底部距離的增加緩慢減小,與無植被時基本一致;淹沒度H/h_v≥3.0時,植被層內(nèi)垂線含沙量明顯隨距槽底距離的增加而減小,植被層上部垂線含沙量緩慢減小,符合Rouse公式。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV133
【圖文】：

2.1 試驗裝置與儀器本試驗是在黃河水利科學(xué)研究院“模型黃河”試驗基地循環(huán)可變坡水槽內(nèi)進(jìn)行的。試驗水槽循環(huán)系統(tǒng)如圖 2.1 所示。水槽長 60m、寬 0.6m、高 1.0m，水槽底部及邊壁為鋼化玻璃材質(zhì)，變坡范圍為 0~3%，進(jìn)水口加水流量 0~140L/s，進(jìn)口加沙含沙量 0~500kg/m3。水槽前端設(shè)有攪拌池，進(jìn)水前池及平水格柵，末端設(shè)有可自動調(diào)節(jié)尾門裝置，水槽上部設(shè)有活動支架，方便儀器的安放。為方便模擬植被的安放，在距水槽進(jìn)水口 13m 處開始鋪設(shè)厚度為 0.003m 的PVC 板，并在板上鉆有與模擬植被直徑相同尺寸的小孔，設(shè)置試驗段長為 8m，試驗段前后均鋪設(shè)有一段 2m 長的未鉆孔的相同材質(zhì)的 PVC 板，并在 PVC 板前后用水泥砂漿做了 1:4 的抹坡，用于過渡和穩(wěn)定水流。為嚴(yán)格控制試驗水流為均勻流，在水槽布設(shè)植被段沿程每隔 0.5m 設(shè)有刻度尺（共計 12 個），精度達(dá) 0.001m。試驗流量及水位采用北京尚水公司研制的流量水位自動控制系統(tǒng)控制，流速測量使用南京水利科學(xué)研究院研發(fā)的旋槳式流速儀，模擬植被尺寸測量使用游標(biāo)卡尺測量，精度為 0.2mm。

魎僖牽噙Ｄ庵脖懷嘰綺飭渴褂糜偽昕ǔ卟飭浚噘鄐任?0.2mm。圖 2.1 水槽布置示意圖2.2 試驗材料河道中種植有喬木、灌木及蘆葦?shù)戎脖�，植被特性各不相同，為此本試驗選取了剛性和柔性兩種模擬植被作為研究對象，既具有廣泛適用性又具代表性。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 宋為威;周濟(jì)人;奚斌;;含植物河道水流紊動特性研究[J];水利與建筑工程學(xué)報;2015年06期

2 趙連權(quán);白曉華;李豐超;劉輝;程君;;含天然沉水植物明渠紊流特性研究[J];水電能源科學(xué);2013年11期

3 蔣北寒;楊克君;曹叔尤;陳梁;;基于等效阻力的植被化復(fù)式河道流速分布研究[J];水利學(xué)報;2012年S2期

4 丁瑞;洪大林;姬昌輝;;含沉水植物河道水流流速特性研究[J];吉林水利;2012年05期

5 劉昭偉;陳永燦;朱德軍;惠二青;江春波;;灌木植被水流的流速垂向分布[J];水力發(fā)電學(xué)報;2011年06期

6 王潔瓊;槐文信;李志偉;;水浮蓮型生態(tài)河道水流縱向流速垂線分布規(guī)律[J];武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2011年04期

7 蘆振愛;楊具瑞;程浩亮;凌禎;李君寧;;濱岸帶植物對水流結(jié)構(gòu)影響的試驗研究[J];水電能源科學(xué);2011年08期

8 王忖;王超;;含挺水植物和沉水植物水流紊動特性[J];水科學(xué)進(jìn)展;2010年06期

9 劉鋒;閻潔;邱秀云;周著;;推移質(zhì)泥沙在植物“柔性壩”上游段的輸移特性[J];人民黃河;2010年06期

10 惠二青;江春波;潘應(yīng)旺;;植被覆蓋的河道水流縱向流速垂向分布[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李君寧;植物—水流—泥沙相互作用的影響研究[D];昆明理工大學(xué);2012年

2 羅晶;濕地植物生長對水流—泥沙運(yùn)動特性影響研究[D];昆明理工大學(xué);2010年

本文編號：2721206